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过程控制系统实验报告
专 业 ****** 班 级 ****** 学生姓名 ****** 学 号 ******
锅炉汽包水位控制系统设计
一、 控制要求
设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在120cm，稳态误差±0.4cm，满足生产要求。G(s)=1/(s^3+10s^2+29s+20),σ%<20%,Ts<10s,Ess=0. 二、 完成的主要任务
1. 掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程
2. 对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3. 选择被控参数和被控变量，说明其选择依据
4. 设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 5. 说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6. 对控制进行PID控制说明其参数整定理论
7. 对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要满足动态性能指标 8. 总结实验课程设计的经验和收获
目 录
第一章 锅炉汽包水位控制系统的组成原理
1
了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-------------------------------------------3
1.1 锅炉汽包水位自动控制的意义--------------------------------------------------3 1.2 了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-----------------------------------------3
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第二章 锅炉汽包水位控制系统方案的设计
2.1 液位控制系统的方框图------------------------------------------------------------5 2.2 液位控制系统的方案图------------------------------------------------------------5 2.3 检测变送器的选择------------------------------------------------------------------6 2.4 调节阀的选择------------------------------------------------------------------------6 2.5 仪器性能指标的计算---------------------------------------------------------------6 2.6 调节器的选择------------------------------------------------------------------------8 2.7 调节器作用方向的选择------------------------------------------------------------8
第三章 PID控制
3.1控制规律的比较--------------------------------------------------------------------9 3.2 PID参数的整定--------------------------------------------------------------------10
第四章 仿真
4.1 simulink 仿真---------------------------------------------------------------------11 4.2 系统参数整定--------------------------------------------------------------------13 第五章 心得体会-----------------------------------------------------------15
第一章 锅炉汽包水位控制系统的组成原理
1. 了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程
1.1锅炉汽包水位自动控制的意义
锅炉汽包水位自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量，并维持汽包中的水位在工艺允许的范围内。
维持汽包水位在给定范围内是保证锅护和汽轮机安全运行的必要条件，也是锅炉正常运行的主要指标之一。水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽中含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。水位过低，则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节，以致局部水冷管壁被烧坏，严重时会造成爆炸事故。这些后果都是十分严重的。随着锅炉容量的增加，水位变化速度愈来愈快，
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人工操作愈来愈繁重，因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切的要求。
1.2了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程
图1锅炉汽包水位系统流程
水位控制系统的任务是使给水量与锅炉蒸发量相适应，维持汽包水位在工艺规定的 范围内。整个锅炉汽包水位控制系统可分成多个阶段：（1)水注入锅炉的过程：这个过 程中，水经变频器控制的水泵以及调节器注入锅炉中；（2)水经加热变成蒸汽的过程： 水在锅炉内加热变成蒸汽，同时在水中产生汽包，水位同时变化；（3)蒸汽供负载使用 的过程：蒸汽经过管道调节阀供负载使用。
汽包水位反映了锅炉蒸汽流量与给水量之间的平衡关系，是锅炉运行中一个非常重 要的监控参数。汽包水位过高，会影响汽水分离的效果，使蒸汽带液，过热器结垢，影响过热器的效率；如果带液蒸汽进入汽轮机，会损坏汽轮机叶片。如果水位过低，会破坏水循环而损坏锅炉，尤其是大型锅炉，一旦停止给水，汽包存水会在很短时间内完全 汽化而造成重大事故，甚至引起爆炸。因此，在锅炉运行中必须将汽包水位严格控制在工艺允许的范围。
第二章 锅炉汽包水位控制系统方案的设计
2.1 液位控制系统的方框图
单冲量水位控制系统以汽包水位作为唯一的控制信号，冲量即变量。水位测量信号经变送器送到水位调节器，调节器根据汽包水位测量值H与
H0
的偏差，
通过执行器去控制给水调节阀以改变给水量，保持汽包水位在允许的范围内。系统方框图如下所示。
图2.1 液位控制系统原理框图 调节器 调节阀 汽包 2.2 液位控制系统的方案图 以汽包水位为被控参数，给水量作为控制变量可构成如图所示的单回路水位检测变送器控制系统，工程上也称为单冲量控制系统。这种系统的优点是所用设备少，结构简单，参数整定和使用维护方便。
在如图所示的单冲量控制系统中，当锅炉蒸汽负荷（流量）突然大幅度增加时，由于假水位现象，调节器不但不及时开大给水阀来增加给水量，反而去关小调节阀的开度，减小给水量。这样由于蒸汽量增加、给水量减少使汽包存水量减少。等到假水位消失后，汽包水位会严重下降，甚至会使汽包水位降到危险的程度，以至发生事故。对于负荷变动较大的大、中型锅炉，单冲量控制系统不能保